Inkrementelle Kaltumformung von Thermoplasten

Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Produkten aus Thermoplasten basieren auf einer Erwärmung des Halbzeugs bis zur Erweichungstemperatur oder knapp darunter, Formgebung und Erstarrung. Diese Verfahren sind wegen der Werkzeugbindung erst bei großen Stückzahlen wirtschaftlich. Die erforderlichen Drücke, Erwärmungs- und Kühlungsapparate benötigen zudem große Umformmaschinen. Die inkrementelle Umformung bietet eine Möglichkeit zur Herstellung von Thermoplast-Bauteilen bei Raumtemperatur und mit geringer oder ohne Werkzeugbindung. Bei der Verfahrensvariante ohne Gegenwerkzeug wird die Bauteilkontur durch die Bewegung eines stiftförmigen Werkzeugs entlang einer vorgegebenen Bahn sukzessive hergestellt. Die Notwendigkeit der Anschaffung von Sondermaschinen entfällt, da bereits vorhandene CNC-Universalfräsmaschinen für den Einsatz als inkrementelle Umformmaschine umrüstbar sind.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Analyse und Entwicklung des inkrementellen Kaltumformverfahrens für Thermoplaste, um einen Beitrag zu dessen Etablierung als Alternative für den Prototypenbau und die Kleinserienfertigung zu leisten. Um dieses Ziel zu erreichen werden grundlegende Untersuchungen hinsichtlich der Kaltumformbarkeit von Thermoplasten sowie experimentelle und numerische Untersuchungen der inkrementellen Umformung durchgeführt. Basierend auf den erlangten Kenntnissen wird ein Prozessfenster aufgestellt, welches eine sichere Prozessauslegung ermöglicht. Die Finite-Elemente-Analyse mit dem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten viskoplastischen Werkstoffmodell offenbart unter anderem den Spannungs- und Formänderungszustand sowie die Umformmechanismen während der Umformung. Ferner wird die Anwendung mehrstufiger Umformstrategie zur Erweiterung der Prozessgrenze Zargenwinkel demonstriert.